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聚氨酯中磷系阻燃剂的应用研究

时间:2020-05-12 来源:科技创新与应用 共4153字
作者:刘郁 单位:天津滨海东方科技有限公司

  摘    要: 磷系阻燃剂在工业中有着广泛的应用,在实际使用过程中,主要是添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两种,为了保证使用效果,需要对两种不同剂型在聚氨酯中应用进行分析,以此,全面提高使用效率,保证应用效果。全面分析温度、可燃物、氧气和自由基链式反应是最为重要的方法,通过对四个燃烧要素的分析,进一步把握好磷系阻燃剂在聚氨酯阻燃机理效果,提升使用效果。通过对阻燃效果在材料中的不同反应,指出磷系阻燃剂存在的主要问题,并为下一步的应用指明了方向。

  关键词: 添加型阻燃剂; 反应型阻燃剂; 阻燃机理; 磷系阻燃剂; 聚氨酯;

  Abstract: Phosphorus series flame retardants are widely used in industry. In the process of practical use, there are mainly two kinds of additive flame retardants and reactive flame retardants. In order to ensure the application effect, it is necessary to analyze the application of two different dosage forms in polyurethane, so as to improve the use efficiency in an all-round way and ensure the application effect. The comprehensive analysis of temperature, combustibles, oxygen and free radical chain reaction is the most important method. Through the analysis of the four combustion elements, we can further grasp the flame retardant mechanism effect of phosphorus series flame retardants in polyurethane and improve the use effect. Through the different reactions of flame retardant effect in materials, the main problems of phosphorus series flame retardants are pointed out, and the direction for further application is given.

  Keyword: additive flame retardant; reactive flame retardant; flame retardant mechanism; phosphorus flame retardant; polyurethane;

  随着工业的全面发展,磷系阻燃剂得到了广泛的应用,在工业生产中起到了良好的作用。可以说,聚氨酯材料有着强大的优势,自身力学性能好,整体耐磨强度大、抗撕裂能力强,在实际应用中占据重要的地位。聚氨酯材料复配、改性是当前重点研究的课题,根据研究的方向不同,全面总结出其优异的性能特点,这种材料稳定性强,自身能够保持优异性能,同时,各组分性能也能够在使用过程中达到相互补充、相互关联的效果,全面实现复合效应。聚氨酯氧指数较低,对氧的敏感较强,通过测算,其指数只是14%~16%,这样的燃点很容易与空气发生反应,操作不当则会被点燃,同时,其燃烧速度非常快速、猛烈,很难快速进行扑灭,而在各类生产中,需要使用不同的聚氨酯,为了全面保证安全,就需要在使用过程中做好安全性处理,全面达到阻燃性能,而磷系阻燃剂与无机化合物阻燃剂是当前最为普遍应用的成分,整体添加量较少、阻燃效果好,在实际应用中起到了重要的作用。以往应用的卤素阻燃剂,其使用环境要求高,应用时会产生有毒物质,对环境造成严重的污染,而通过磷系阻燃剂与无机化合物阻燃剂的使用,则会呈现更加安全可靠的阻燃聚合物,其应用前景更加广阔。
 

聚氨酯中磷系阻燃剂的应用研究
 

  1、 磷系阻燃剂阻燃机理

  聚氨酯的成分主要是碳,这种结构不够稳定,其有机高分子聚合物泡沫体积非常大、传热系数并不高,同时,在空气中还易发生燃烧的情况,使用过程极其不安全,其燃烧过程中,会不断向外辐射热量,使火焰范围加宽,燃烧过程会对周围空气产生污染,释放大量HCN、CO等有毒物质,在使用中整体效果并不好。磷系化合物的使用,全面提高了整体性能,作为高效阻燃剂在实际应用中有着重要的作用,在聚氨酯燃烧时,能够全面凝聚相和气相,通过全面的融合,有效发挥出自身的性能优势,其机理表现,主要从温度、可燃物、氧气和自由基链式反应等方面进行分析,通过四个燃烧要素的解释,进一步明确机理。一是磷系化合物很容易出现热分解,通过一定的时间分解就能够促使聚氨酯定向产生碳,全面提高焦炭产出比。分解出来的磷酸衍生物吸收聚氨酯燃烧产生出来的部分热能。二是磷系化合物热分解进行的过程中,产生水分,进一步降低凝聚相温度,对可燃气体和剧毒氰化氢气体进行稀释,确保整体浓度下降到一定安全水平。三是磷系化合物热分解可以产生磷酸,通过这层物质,可以形成玻璃态熔融物,这样,就能够全面的附着在聚氨酯表皮,使物质阻隔,通过全面的阻隔,对可燃挥发成分进行有效释放,再继续加热后,大部分的水分就会蒸发,产生磷酸脱水偏磷酸聚合反应,偏磷酸起到了强烈的脱水碳化功能。四是磷系化合物热分解过程中,还能够有效释放活性物质,通过物质气相捕获聚氨酯氧和氢自由基,使放热中断,进一步控制聚氨酯快速燃烧,保证了整体效果。

  2 、添加型磷系阻燃剂在聚氨酯中应用研究

  2.1、 复配型磷系阻燃剂

  为了全面达到使用条件,要对阻燃剂进行分解,利用机械方法,形成材料的共混,进入物质的基体,通过这种方法制备出来的物质,整体成本不高,操作方式更加灵活,在实际应用中操作更加简单快速。但自身也存在一定的缺点,主要表现为阻燃剂与基体相容性还不确定,低分子量化合物迁移和添加剂团聚容易出现聚合的问题,影响了物质的活性,阻燃剂分布不够均匀,使用过程中,往往会出现聚氨酯材料局部易燃的现象,同时,也会造成分子量阻燃剂性能不兼容的问题,影响了物质的活性和功能。要想全面达到理想的效果,还需要进一步深入分配,确保达到理想阻燃效果,过多的加入添加剂有可能会降低强度和弹性。磷具备一定的活性,其活性物质的好坏,与添加剂化学环境、聚氨酯基体、添加剂共同作用决定的,所以说,要想达到理想状态,就需要全面做好配合,进一步提高阻燃剂与协同剂的共同作用,避免复配型阻燃剂阻止燃烧单一使用。我们通过磷和氮协同体系进行分析,如果含氮化合物能够分解成含氮不可燃气体氮气、氨气,那么,就会稀释聚氨酯-火焰界面氧浓度,火焰燃烧程度不足,往往操作不当,就会出现自熄。气体含氮量过高,也会对周边产生影响,进一步促进聚氨酯炭层膨胀,出现厚泡沫碳对物质进行屏障。我们在聚氨酯涂料添加氢氧化铝[Al(OH)3]、可膨胀石墨(EG)、三(2-氯异丙基)磷酸酯(TCPP),通过物质的融合,全面制备阻尼与阻燃性能聚氨酯阻尼涂料。通过对不同阻燃剂产生的不同影响来看,TCPP阻燃性能非常好,表现出了良好的效果,添加量4%时,氧指数(LOI)达24%,Al(OH)3与EG添加量35%时,才能够达到这个理想的设计效果,可见TCPP的整体效果更优于其他的物质,更接近优良的指标。

  2.2、 添加型磷系阻燃剂改性

  为了全面保证产品热稳定性,要全面进行科学的处理,以此目标。阻燃效果是评估的标准,一般要加入过多添加型阻燃剂,才能进一步提高物质的活性,通过改性材料添加,全面提高材料强度和弹性,要对不同物质的相容性和稳定性进行测试,进一步提高活性。添加剂改性的改良,是提升阻燃剂与聚氨酯结合的最有效方法,这样,才能全面保证整体热稳定。进行改性测试有两种方式,一是微胶囊化。微胶囊技术是当前比较成熟,应用较为广泛的技术,其技术的领先性,已经得到证实,对阻燃剂改性的作用非常明显,通常,在工业化应用过程中,微胶囊处理红磷是最为典型的技术。能充分利用微胶囊化方法全面提升酸源相容性与稳定性,保证了物质的活性,通过有机的合成,产生三聚氰胺甲醛树脂包覆多聚磷酸铵微胶囊,这样,就能够全面应用到水性聚氨酯防火涂料生产,通过计算机技术分析,全面对物质进行扫描分析,通过电镜观测,及时分析粒径的情况,全面形成整体的微胶囊化多聚磷酸铵形貌,通过微胶囊化后的多聚磷酸铵,能够保证防火涂料的性能更加稳定,进一步增强防火能力与效果,同时,其热稳定性能更强。二是表面改性。表面改性也是一种良好的属性方式,表面吸附或发生化学反应就会对颗粒包覆,形成颗粒有机化,达到改变极性的目标,进一步提高阻燃效果,通过这种方法,就能够全面减少阻燃剂添加量,降低了生产制作成本,保证了整体效果。磷元素接枝膨胀石墨(EG)制备改性石墨(EGM),通过这个试验,全面对聚氨酯泡沫(RPUF)燃烧性能进行分析,利用电镜扫描进一步观测,再根据所得数据对热重进行分析研究,提取RPUF燃烧后残炭情况,通过微观观测,总结形貌,明确形成的机理。从结果上看,RPUF/EGM的LOI和残炭量有一定数量的提升,特别是和RPUF/EG比较,性能上更加优越,热释放量和烟释放量少,同时,炭层更致密。

  3、 反应型磷系阻燃剂在聚氨酯中应用研究进展

  反应阻燃剂分布更加均匀,具有一定的优势,通过反应,能够保证相容性,解决了物质在反应过程中的不融合,保证了更高的效率的更长阻燃。这种方法成本费用大,生产过程复杂,在市场中的应用并不普遍。一是聚氨酯软段中结合磷。

  聚氨酯软段在70%时,磷系化合物反应基团就会产生。要想全面达到理想的阻燃效果,就会通过相关的操作做好含磷片段聚合作用释放,保证接枝软段聚氨酯拥有量更多,确保磷元素完整性。使用9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物合成含磷中间体,再和二元酸醇缩聚,形成反应,生成含磷阻燃热塑性聚氨酯弹性体,那么,我们对测试的结果进行热重分析,如果磷含量1%时,LOI值38%,残炭率45.9%。二是聚氨酯硬段中结合磷。甲基膦酸二甲酯和1,4-丁二醇(BDO)合成含磷二醇,制备含磷水性聚氨酯(WPU)液,那么结果分析认为,含磷二醇亲水性好,WPU胶膜阻燃性好。

  4 、结束语

  磷化合物是当前应用最为广泛的聚氨酯阻燃剂,在使用过程中,全面显示自身的优势,不论是使用还是操作,均有着的效果,能够全面取代无卤添加剂。只有全面解决酸性侵蚀、化合物羟基化、致癌因素等问题,才能进一步发挥磷系阻燃剂作用,推动工业生产发展。

  参考文献

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原文出处:刘郁.磷系阻燃剂在聚氨酯中应用探究[J].科技创新与应用,2020(13):177-178.

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